带有增益自举功能的跨阻放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于放大器电路技术领域，涉及一种带有增益自举功能的跨阻放大器。
【背景技术】
[0002] 光信号能量经过光纤在到达远端的光电二极管之前会发生一定的损耗。在远端， 光电二极管按照一定的比例将光强转换为电流，然后通过一个跨阻放大器(TIA)将这个电 流放大并转换成电压。TIA的设计需要在噪声、带宽、增益、电源电压和功率损耗之间进行权 衡，并且在CMOS和双极型技术方面提出了严峻的挑战。
[0003] 本发明涉及的是带有增益自举功能的跨阻放大器的设计内容。
[0004] 图1给出了常用的跨阻放大器的电路结构。图1中，跨阻放大器由一个高增益单端 W0S晶体管MN1放大器和一个反馈电阻R0组成，其中匪0S晶体管MN2为源极跟随器电路。反 馈在输入端产生一个虚拟的低阻抗，实际上所有的输入电流均通过反馈电阻，在输出端形 成电压。
[0005] 跨阻放大器的原理与结构:假设PINA端输入光电流的大小为Ιιη，则
[0006] 由图1得:NM0S晶体管MN1的放大倍数&为：
[0007] Al gmMNl Rl ⑴
[0008] 其中gm_MNi是NM0S晶体管MN1的跨导；
[0009] 由于NM0S晶体管丽2为源极跟随器的结构，增益近似为1，所以由匪0S晶体管MN1和 NM0S晶体管MN2组成的放大器的增益约为Ai;
[0010] Vout Vpina Αι (2)
[0011] 其中VPINA是PINA端的电压。假设输入端总的电容大小为Cin，则：
[0012] Cin Cdo Cgs_mni Cgd_g (3)
[0013 ]其中CDQ是光电二极管DO的等效电容，CGS_MN1是匪OS晶体管MN1的栅源电容，C GDJ^ NM0S晶体管MN1的栅漏电容等效到栅端的米勒电容，其值为：
[0014] Cgd g Cgd(1 Αι) (4)
[0015 ]其中CGD是NM0S晶体管MN1的栅漏电容；
[0016] 通常gm_MNl Ri 1，所以：
[0017] CGD-G CgD gm-MNl Ri (5)
[0018] 所以：
[0019] (6)
[0020] 即：
[0021]
口、
[0022] 反馈放大器提供了一个大约为R〇的中频带跨阻增益，而其具有的时间常数为 R C 由于跨阻放大器的主极点位于PINA端，因此，-3dB的带宽等于：
[0023]
(8)
[0024] 实际应用中，由于NM0S晶体管MN1的栅漏端存在栅漏电容，同时栅漏电容Ccd很大， 其米勒等效到栅端的电容为CCD gmMN1 Ri很大，这样便使得跨阻放大器的输入电容Cin很大， 进而使跨阻放大器的带宽变得很小，很难使带宽的设计满足要求。
【发明内容】
[0025] 本发明的目的是提供一种带有增益自举功能的跨阻放大器，解决常用的跨阻放大 器输入管的栅漏电容的米勒等效电容对减小跨阻放大器的带宽问题比较严重的问题。 [0026]本发明所采用的技术方案是，包括误差放大器A0、NM0S晶体管MN1、匪0S晶体管 MN2、匪0S晶体管MN3、匪0S晶体管MN4、匪0S晶体管MN5、匪0S晶体管MN6、匪0S晶体管MN7、 匪0S晶体管丽8、匪0S晶体管丽9、NM0S晶体管丽10、匪0S晶体管丽11、电流源10、电流源11、 电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C0;所述匪0S晶体管MN3的漏极、匪0S晶体管MN4的漏 极、NM0S晶体管MN5的漏极和电阻R1的一端同时连接电源VDD;所述NM0S晶体管MN3的栅极同 时连接电阻R1的另一端、NM0S晶体管MN2的漏极和误差放大器A0的同相输入端;所述NM0S晶 体管MN3的源极同时连接电阻R0的一端、电流源10的正端和跨阻放大器的输出端V QUT，电流 源I 〇的负端连接GND;所述匪0S晶体管MN4的栅极同时连接NM0S晶体管MN5的栅极和误差放 大器A0的输出端VO，NM0S晶体管MN4的源极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接误 差放大器A0的反向输入端和NM0S晶体管MN6的漏极;所述NM0S晶体管MN6的栅极同时连接 匪0S晶体管MN10的栅极和匪0S晶体管丽7的栅极，匪0S晶体管MN6的漏极连接匪0S晶体管 丽8的漏极;所述NM0S晶体管MN8的栅极同时连接NM0S晶体管丽11的栅极、匪0S晶体管丽9的 栅极和电容C0的一端，NM0S晶体管丽8的漏极连接GND;所述匪0S晶体管丽10的漏极同时连 接电流源11和NM0S晶体管MN10的栅极，NM0S晶体管MN10的源极同时连接NM0S晶体管MN11的 漏极和栅极，匪0S晶体管丽11的源极连接GND;所述匪0S晶体管丽5的源极连接电阻R3的一 端，电阻R3的另一端同时连接匪0S晶体管MN7的漏极和匪0S晶体管丽2的栅极;所述匪0S晶 体管丽7的源极连接NM0S晶体管丽9的漏极，匪0S晶体管丽9的源极连接GND;所述NM0S晶体 管丽2的源极同时连接电容C0的一端和匪0S晶体管丽1的漏极;所述匪0S晶体管丽1的栅极 同时连接电阻R0的另一端和TIA跨阻放大器的输入端PINA，NM0S晶体管MN1的源极连接GND。 [0027]本发明的有益效果是:提出带有增益自举功能的跨阻放大器电路对减小输入管的 栅漏电容的米勒等效电容对跨阻放大器的带宽的影响已经通过了仿真结果验证。图3给出 了常用的跨阻放大器电路和本发明中的带有增益自举功能的跨阻放大器电路的交流小信 号增益的仿真结果。图中曲线1为常用的跨阻放大器的交流小信号增益的曲线，曲线2是本 发明所述带有增益自举功能的跨阻放大器的交流小信号增益的曲线。从图3可以看出常用 的跨阻放大器的_3dB带宽为1.03GHz，本发明中提出的带有增益自举功能的跨阻放大器的-3dB带宽为2.66GHz。从仿真结果可以看出，本发明提出的带有增益自举功能的跨阻放大器 的-3dB带宽明显好于常用的跨阻放大器的-3dB带宽，其带宽扩展了2.6倍。
【附图说明】
[0028]图1是现有常用跨阻放大器的电路原理图。
[0029] 图2是本发明的跨阻放大器的结构示意图。
[0030] 图3是常用的跨阻放大器电路和本发明中的跨阻放大器电路的交流小信号增益的 仿真结果对比图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0032] -种带有增益自举功能的跨阻放大器，结构如图2所示。
[0033] 包括误差放大器A0、NM0S晶体管丽1、NM0S晶体管丽2、NM0S晶体管丽3、NM0S晶体管 MN4、匪0S晶体管MN5、匪0S晶体管MN6、匪0S晶体管MN7、匪0S晶体管MN8、匪0S晶体管MN9、 NM0S晶体管丽10、NM0S晶体管丽11、电流源10、电流源11、、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、 电容C0、；
[0034] NM0S晶体管丽3的漏极、匪0S晶体管MN4的漏极、NM0S晶体管丽5的漏极和电阻R1的 一端同时连接电源VDD;
[0035] NM0S晶体管MN3的栅极同时连接电阻R1的另一端、NM0S晶体管MN2的漏极和误差放 大器A0的同相输入端；
[0036] 匪0S晶体管MN3的源极同时连接电阻R0的一端、电流源10的正端和跨阻放大器的 输出端VoiiT，电流源10的负端连接GND;
[0037] 匪0S晶体管丽4的栅极同时连接匪0S晶体管丽5的栅极和误差放大器A0的输出端 VO，NM0S晶体管MN4的源极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接误差放大器A0的反 向输入端和NM0S晶体管MN6的漏极；
[0038] NM0S晶体管丽6的栅极同时连接匪0S晶体管丽10的栅极和NM0S晶体管丽7的栅极， NM0S晶体管MN6的漏极连接NM0S晶体管MN8的漏极；
[0039] NM0S晶体管丽8的栅极同时连接匪0S晶体管丽11的栅极、NM0